CN106091982A - 三维扫描系统及牙模三维扫描成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维扫描系统，包括：载物平台，用于根据控制中心发出的运动指令进行旋转和/或摆动；结构光提供装置，用于投射结构光至所述载物平台的载物侧以产生三维数据，并向两个图像采集器分别发送触发信号；两个所述图像采集器，用于接收所述触发信号，并对所述三维数据进行采集；控制中心，用于控制所述载物平台旋转和/或摆动、向所述结构光提供装置提供所述结构光的信息、接收两个所述图像采集器采集的三维数据及根据所述三维数据进行三维重建。本发明还公开一种牙模三维扫描成像方法。本发明的技术方案旨在提高三维扫描效率。

Description

三维扫描系统及牙模三维扫描成像方法

技术领域

本发明涉及三维扫描技术领域，尤其涉及一种三维扫描系统及牙模三维扫描成像方法。

背景技术

三维扫描系统在牙齿修复及首饰制作等方面的运用越来越普遍。

现有技术中的三维扫描系统设有载物平台，待扫描物置于所述载物平台后，所述三维扫描系统对待扫描物进行三维扫描，由于扫描存在死角，因此，扫描过程中，需要人工对待扫描物的放置角度进行调整。

上述方法存在的弊端是：三维扫描效率低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种三维扫描系统及牙模三维扫描成像方法，旨在通过提高三维扫描效率。

为实现所述目的，本发明提出的所述三维扫描系统，包括：

载物平台，用于根据控制中心发出的运动指令进行旋转和/或摆动；

结构光提供装置，用于投射结构光至所述载物平台的载物侧以产生三维数据，并向两个图像采集器分别发送触发信号；

两个所述图像采集器，用于接收所述触发信号，并对所述三维数据进行采集；

控制中心，用于控制所述载物平台旋转和/或摆动、向所述结构光提供装置提供所述结构光的信息、接收两个所述图像采集器采集的三维数据及根据所述三维数据进行三维重建。

优选地，所述载物平台包括摆动支架和用于载物的旋转台；所述摆动支架与所述旋转台连接，所述控制中心控制所述摆动支架摆动和/或控制所述旋转台旋转。

优选地，所述摆动支架包括相互连接的第一臂和第二臂；所述控制中心控制所述第一臂摆动，所述旋转台设于所述第二臂的面对所述第一臂的一侧。

优选地，所述第二臂及所述旋转台分别与所述第二臂垂直。

优选地，所述旋转台的载物侧形成多个载物槽。

优选地，所述三维扫描系统还包括支撑架，两个所述图像采集器间隔支撑于所述支撑架。

优选地，所述三维扫描系统还包括设于两个所述图像采集器之间的反射镜，所述结构光提供装置的出光口与所述反射镜和两个所述图像采集器相对设置，所述反射镜用于将所述结构光反射至所述载物平台的载物侧。

优选地，所述三维扫描系统还包括用于汇聚所述结构光的聚光挡板，所述聚光挡板设于所述反射镜与所述结构光提供装置之间。

优选地，所述结构光为光栅图像。

优选地，所述三维扫描系统还包括具有收容空间的壳体，所述结构光提供装置和所述图像采集器设于所述壳体外部，所述壳体形成用于投射所述结构光及用于采集所述三维数据的透光口，所述载物平台收容于所述收容空间。

本发明还提供一种牙模三维扫描成像方法，包括如下步骤：

提供牙模：所述牙模包括上牙模、下牙模、基牙及对合牙；所述上牙模和所述下牙模的至少一个为设有所述基牙的工作模；所述牙模中，与所述基牙咬合的为对合牙；

载物平台运动：接收到控制中心发出的运动指令后，所述载物平台进行旋转和/或摆动；

投射结构光：接收到结构光的信息后，结构光提供装置将所述结构光投射至所述载物平台的载物侧以产生三维数据，并向两个图像采集器分别发送触发信号；

采集三维数据：接收到所述触发信号后，两个所述图像采集器对所述三维数据进行采集，并将所述三维数据传送至所述控制中心；

三维重建：所述控制中心接收所述三维数据并根据所述三维数据进行三维重建。

优选地，采集三维数据的步骤包括：

扫描咬合关系：扫描所述上牙模及所述下牙模，得到咬合关系的三维数据；

扫描工作模：扫描所述工作模，得到所述工作模的三维数据；

扫描对合牙：扫描所述对合牙的三维数据；

牙弓对准：将所述工作模的三维数据及所述对合牙的三维数据匹配到所述咬合关系的三维数据中，重现所述牙模的三维数据。

优选地，所述牙弓对准的步骤之前，还包括如下步骤：

扫描基牙：将所述基牙进行单独扫描，得到所述基牙的三维数据；

基牙对准：将单独的所述基牙的三维数据对准到所述工作模的三维数据中的三维数据中。

优选地，扫描工作模的步骤之后，还包括如下步骤：

基牙牙位标记：在所述工作模的三维数据中形成所述基牙牙位的标记。

本发明的技术方案中，所述载物平台用于根据所述控制中心发出的运动指令进行旋转和/或摆动，待扫描物放置于所述载物平台，在三维扫描过程中，待扫描物跟随所述载物平台进行旋转和/或摆动动作，无需手动调整待扫描物的角度，三维扫描速率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的三维扫描系统(隐去外壳)的立体结构示意图；

图2为图1所示的三维扫描系统的正面结构示意图；

图3为图2所示的三维扫描系统(隐去聚光挡板和其中一图像采集器)的结构示意图；

图4为本发明的三维扫描系统的立体结构示意图；

图5为本发明的牙模三维扫描成像方法的实施例一的流程示意图；

图6为本发明的牙模三维扫描成像方法的实施例二的流程示意图；

图7为本发明的牙模三维扫描成像方法的实施例三的流程示意图；

图8为本发明的牙模三维扫描成像方法的实施例四的流程示意图；

图9为本发明的牙模三维扫描成像方法的实施例五的流程示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	三维扫描系统	110	结构光提供装置
120	图像采集器	130	载物平台
				131	摆动支架	133	第一臂
135	第二臂	137	旋转台
				139	载物槽	140	支撑架
150	反射镜	160	壳体
				161	透光口	163	收容空间
165	聚光挡板	170	运动控制卡
				180	开关三角座	190	外壳

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种三维扫描系统100及牙模三维扫描成像方法。

请参照图1至图3，本发明提出的所述三维扫描系统100，包括：

载物平台130，用于根据控制中心(图未示)发出的运动指令进行旋转和/或摆动；

结构光提供装置110，用于投射结构光至所述载物平台130的载物侧以产生三维数据，并向两个图像采集器120分别发送触发信号；

两个所述图像采集器120，用于接收所述触发信号，并对所述三维数据进行采集；

控制中心，用于控制所述载物平台130旋转和/或摆动、向所述结构光提供装置110提供所述结构光的信息、接收两个所述图像采集器120采集的三维数据及根据所述三维数据进行三维重建。

本发明的技术方案中，所述载物平台130用于根据所述控制中心发出的运动指令进行旋转和/或摆动，待扫描物(图未示)放置于所述载物平台130，在三维扫描过程中，待扫描物跟随所述载物平台130进行旋转和/或摆动动作，无需手动调整待扫描物的角度，三维扫描速率高。

所述控制中心与所述结构光提供装置110、所述载物平台130及两个所述图像采集器120之间的通信介质可以是有线的(例如，以太网)，也可以是无线的(例如，蓝牙、IEEE802.11)。

在本实施例中，所述控制中心为电脑，但所述控制中心并不仅限于电脑，任意具有操纵界面、能接收所述三维数据及发出控制信号的装置，均同理包含在本发明的保护范围之内。

所述载物平台130的载物侧放置待扫描物，所述结构光投射至待扫描物以产生待扫描物的三维数据。

两个所述图像采集器120共同采集所述三维数据，便于捕捉所述三维信息中最清晰的点数据。

优选地，所述载物平台130包括摆动支架131和用于载物的旋转台137；所述摆动支架131与所述旋转台137连接，所述控制中心控制所述摆动支架131摆动和/或控制所述旋转台137旋转。

所述摆动支架131及所述旋转台137均为刚性材料制成，使用寿命长。

在本实施例中，所述摆动支架131在所述结构光的投射范围内摆动，同时，所述旋转台137也自转，因此，所述结构光投射于待扫描物各个角度，便于所述图像采集器120捕捉识别所述三维数据。由于摆动动作和旋转动作分别独立控制，因此所述控制中心可以根据实际扫描过程中的数据采集需要，对承载待扫描的所述载物平台130进行单独的旋转控制、单独的摆动控制，以及旋转和摆动结合的控制。

所述摆动支架131和所述旋转台137可以分别由电机驱动旋转。

所述摆动支架131具有一初始位置和一摆动中心，所述摆动中心位于所述摆动支架131上。所述摆动支架131可以自所述初始位置向所述初始位置的两侧进行摆动，摆动角度在预设摆角范围内，为了避免待扫描物被倾倒出来，所述摆动支架131向所述初始位置的每一侧的摆动角度区间为0°-90°。

当然，所述摆动支架131的摆动角度可以设置为任意角度。

所述旋转台137的侧壁包括弧形侧壁和平面侧壁。所述弧形侧壁有利于降低所述旋转台137在旋转时的划伤事故；所述平面侧壁有利于减小所述旋转台137的横截面积，因此，在所述旋转台137摆动的过程中，所述旋转台137不易与所述三维扫描系统100的壳体160干涉或碰撞，有利于降低扫描过程的停机次数，便于所述三维扫描系统100顺利的完成三维扫描过程。

所述旋转台137与转轴(不可见)连接，电机驱动转轴旋转以带动所述旋转台137转动。在本实施例中，为了使所述旋转台137与所述转轴的连接更可靠，所述旋转台137与所述转轴为三点固定，所述旋转台137与所述转轴的三个固定点不共线，因此，所述转轴对所述旋转台137的连接可靠，能有效带动所述旋转台137旋转，降低维修频率。

优选地，所述摆动支架131包括相互连接的第一臂133和第二臂135；所述控制中心控制所述第一臂133摆动，所述旋转台137设于所述第二臂135的面对所述第一臂133的一侧。

所述结构光投射于所述第一臂133和所述第二臂135之间，所述旋转台137叠设于所述第二臂135，所述第二臂135设有便于所述转轴穿过的通孔。所述第一臂133和所述第二臂135形成夹角，所述旋转台137设于所述第二臂135，有利于提高所述旋转台137的支撑可靠性。

优选地，所述第二臂135及所述旋转台137分别与所述第二臂135垂直。此种结构有利于防止所述旋转台137倾斜造成的待扫描物被倾倒出。

优选地，所述旋转台137的载物侧形成多个载物槽139。

所述载物槽139的形状、数量及尺寸可以根据需要设置。在本实施例中，各个所述载物槽139形状相同且尺寸相同，同时，各个所述载物槽139对称分布于所述旋转台137上。

为了避免待扫描物倾倒出，可以通过黏土固定或磁性吸附等方式，将待扫描物固定于所述载物槽139内。

优选地，所述三维扫描系统100还包括支撑架140，两个所述图像采集器120间隔支撑于所述支撑架140。

所述支撑架140使所述图像采集器120的支撑更稳固，具有防抖效果。

优选地，所述三维扫描系统100还包括设于两个所述图像采集器120之间的反射镜150，所述结构光提供装置110的出光口与所述反射镜150和两个所述图像采集器120相对设置，所述反射镜150用于将所述结构光反射至所述载物平台130的载物侧。

所述结构光提供装置110向所述反射镜150投射所述结构光，所述结构光提供装置110稳定地支撑于所述三维扫描系统100的所述壳体160。两个所述图像采集器120之间设置的反射镜150可以用来调节所述结构光的投射角度，便于提高所述结构光在待扫描物上的投射效果。

所述反射镜150可以按照预设角度固定设置，当然，所述反射镜150的角度也可以通过手动或自动调整，例如，将所述反射镜150设于转动轴上，因此根据实际需要可以灵活调整所述反射镜150的反射角度，当然，也可以将所述转动轴与所述控制中心连接，通过所述控制中心发出控制指令以自动调节所述反射镜150的反射角度。

优选地，所述三维扫描系统100还包括用于汇聚所述结构光的聚光挡板165，所述聚光挡板165设于所述反射镜150与所述结构光提供装置110之间。

优选地，所述结构光提供装置110为投影仪。

所述图像采集器120为CCD相机。

优选地，所述结构光为光栅图像。所述结构光还可以为格雷码线条图像，或者其他可解码成三维数据的图像画面。

优选地，所述三维扫描系统100还包括具有收容空间163的壳体160，所述结构光提供装置110和所述图像采集器120设于所述壳体160外部，所述壳体160形成用于投射所述结构光及用于采集所述三维数据的透光口161，所述载物平台130收容于所述收容空间163。

再请参阅图4，所述三维扫描系统100还包括具有容置空间(不可见)的外壳190，所述结构光提供装置110、所述图像采集器120、所述壳体160、所述支撑架140、所述反射镜150、所述运动控制卡170及所述开关三角座180共同收容于所述容置空间内。

所述三维扫描系统100还包括USB接口(未标号)、开关三角座180及运动控制卡170。

请参照图5，本发明还提供一种牙模三维扫描成像方法，包括如下步骤：

步骤S10，提供牙模：所述牙模包括上牙模、下牙模、基牙及对合牙；所述上牙模和所述下牙模的至少一个为设有所述基牙的工作模；所述牙模中，与所述基牙咬合的为对合牙。

将所述上牙模和/或所述下牙模分别放入所述载物平台130，并启动所述三维扫描系统100，开启一键扫描过程。

步骤S30，载物平台130运动：接收到控制中心发出的运动指令后，所述载物平台130进行旋转和/或摆动。

具体的，所述控制中心对所述载物平台130发出运动指令，所述运动指令可以根据待扫描物的尺寸、数量及结构进行定制或选择，便于快速及精准地完成三维扫描过程。

操纵者只需要在位于所述控制中心的操纵界面上进行一键启动，即可启动和完成整个扫描过程。

步骤S50，投射结构光：接收到结构光的信息后，结构光提供装置110将所述结构光投射至所述载物平台130的载物侧以产生三维数据，并向两个图像采集器120分别发送触发信号。

具体的，所述结构光提供装置110将具有多条光纹的光栅图像投射于待扫描物上，每一条光纹所投影的位置均产生相应的三维数据信息。

步骤S70，采集三维数据：接收到所述触发信号后，两个所述图像采集器120对所述三维数据进行采集，并将所述三维数据传送至所述控制中心。

具体的，两个所述图像采集器120共同采集所述三维数据信息，所述控制中心获取两个所述图像采集器120捕捉的交点信息，并依据所述三维数据信息进行位置排列，形成点云。

步骤S90，三维重建：所述控制中心接收所述三维数据并根据所述三维数据进行三维重建。

具体的，所述三维重建包括点云拼接和模型渲染。点云拼接过程中，所述控制中心将获取的点云进行过滤处理，每三个点形成一个三角形，将各个三角形进行有序拼接，形成重现待扫描物外形轮廓的三角形线框。模型渲染过程中，所述控制中心对所述三角形线框进行面片处理，并进行渲染，以完成三维重建过程。

请参照图6，进一步的，步骤S30前还可以包括步骤S20，形成订单：所述控制中心中形成待扫描物的电子订单。

具体的，所述电子订单包括订单信息、客户信息和/或模型信息，以便于对每件待扫描物形成记录，便于查询、跟踪及追溯。

所述订单信息包括订单编号、订单级别、创建时间及制作要求；所述客户信息包括客户名称、联系人及联系方式。

所述订单信息还可以包括患者信息和/或待扫描物信息。

形成所述电子订单后，启动一键扫描。

启动一键扫描过程中，可以根据待扫描物的信息确定扫描时长及所述载物平台的运动信息，以实现简单的待扫描物扫描时间短，复杂的待扫描物扫描时间适当延长，实现合理管控扫描时间的效果。

请参照图7，优选地，采集三维数据的步骤包括：

步骤S71，扫描咬合关系：扫描所述上牙模及所述下牙模，得到咬合关系的三维数据；

步骤S73，扫描工作模：扫描所述工作模，得到所述工作模的三维数据；

具体的，所述工作模的三维数据包括所述基牙的三维数据。

步骤S75，扫描对合牙：扫描所述对合牙的三维数据；

步骤S79，牙弓对准：将所述工作模的三维数据及所述对合牙的三维数据匹配到所述咬合关系的三维数据中，重现所述牙模的三维数据。

牙弓对准的过程中，可以采用一点或者三点进行对准。

请参照图8，优选地，所述牙弓对准的步骤之前，还包括如下步骤：

步骤S76，扫描基牙：将所述基牙进行单独扫描，得到所述基牙的三维数据。

具体的，扫描所述工作模时，与所述基牙相邻的邻牙会对所述基牙形成遮挡，因此，所述基牙存在扫描死角，其三维数据不全，无法精准地重现所述基牙的三维数据。为了得到更加完整和精准的基牙的三维数据，在此步骤中，将所述基牙从所述工作模中拔出，并单独置于所述载物平台130上进行扫描，得到单独的所述基牙的三维数据。

步骤S77，基牙对准：将单独的所述基牙的三维数据对准到所述工作模的三维数据中的三维数据中。

此步骤有助于确保所述牙模的三维数据精准。

请参照图9，优选地，扫描工作模的步骤之后，还包括如下步骤：

步骤S74，基牙牙位标记：在所述工作模的三维数据中形成所述基牙牙位的标记。

在所述工作模的三维数据中，可以通过自动标记方式或者人工标记方式，形成所述基牙牙位的标记信息，以记录所述基牙在所述工作模中的精准位置，有利于将单独的所述基牙的三维数据通过基牙牙位的标记信息准确地匹配至所述工作模的三维数据中。

所述基牙牙位的标记可以由一点进行标记，在本实施例中，采用多点进行基牙牙位标记，有助于提高定位准确率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种三维扫描系统，其特征在于，包括：

载物平台，用于根据控制中心发出的运动指令进行旋转和/或摆动；

结构光提供装置，用于投射结构光至所述载物平台的载物侧以产生三维数据，并向两个图像采集器分别发送触发信号；

两个所述图像采集器，用于接收所述触发信号，并对所述三维数据进行采集；

控制中心，用于控制所述载物平台旋转和/或摆动、向所述结构光提供装置提供所述结构光的信息、接收两个所述图像采集器采集的三维数据及根据所述三维数据进行三维重建。

2.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述载物平台包括摆动支架和用于载物的旋转台；所述摆动支架与所述旋转台连接，所述控制中心控制所述摆动支架摆动和/或控制所述旋转台旋转。

3.如权利要求2所述的三维扫描系统，其特征在于，所述摆动支架包括相互连接的第一臂和第二臂；所述控制中心控制所述第一臂摆动，所述旋转台设于所述第二臂的面对所述第一臂的一侧。

4.如权利要求3所述的三维扫描系统，其特征在于，所述第二臂及所述旋转台分别与所述第二臂垂直。

5.如权利要求1所述的三维扫描系统，其特征在于，所述旋转台的载物侧形成多个载物槽。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括支撑架，两个所述图像采集器间隔支撑于所述支撑架。

7.如权利要求1至5中任意一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括设于两个所述图像采集器之间的反射镜，所述结构光提供装置的出光口与所述反射镜和两个所述图像采集器相对设置，所述反射镜用于将所述结构光反射至所述载物平台的载物侧。

8.如权利要求7所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括用于汇聚所述结构光的聚光挡板，所述聚光挡板设于所述反射镜与所述结构光提供装置之间。

9.如权利要求1至5中任意一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述结构光为光栅图像。

10.如权利要求1至5中任意一项所述的三维扫描系统，其特征在于，所述三维扫描系统还包括具有收容空间的壳体，所述结构光提供装置和所述图像采集器设于所述壳体外部，所述壳体形成用于投射所述结构光及用于采集所述三维数据的透光口，所述载物平台收容于所述收容空间。

11.一种牙模三维扫描成像方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供牙模：所述牙模包括上牙模、下牙模、基牙及对合牙；所述上牙模和所述下牙模的至少一个为设有所述基牙的工作模；所述牙模中，与所述基牙咬合的为对合牙；

载物平台运动：接收到控制中心发出的运动指令后，所述载物平台进行旋转和/或摆动；

投射结构光：接收到结构光的信息后，结构光提供装置将所述结构光投射至所述载物平台的载物侧以产生三维数据，并向两个图像采集器分别发送触发信号；

采集三维数据：接收到所述触发信号后，两个所述图像采集器对所述三维数据进行采集，并将所述三维数据传送至所述控制中心；

三维重建：所述控制中心接收所述三维数据并根据所述三维数据进行三维重建。

12.如权利要求11所述的牙模三维扫描成像方法，其特征在于，采集三维数据的步骤包括：

扫描咬合关系：扫描所述上牙模及所述下牙模，得到咬合关系的三维数据；

扫描工作模：扫描所述工作模，得到所述工作模的三维数据；

扫描对合牙：扫描所述对合牙的三维数据；

牙弓对准：将所述工作模的三维数据及所述对合牙的三维数据匹配到所述咬合关系的三维数据中，重现所述牙模的三维数据。

13.如权利要求12所述的牙模三维扫描成像方法，其特征在于，所述牙弓对准的步骤之前，还包括如下步骤：

扫描基牙：将所述基牙进行单独扫描，得到所述基牙的三维数据；

基牙对准：将单独的所述基牙的三维数据对准到所述工作模的三维数据中的三维数据中。

14.如权利要求13所述的牙模三维扫描成像方法，其特征在于，扫描工作模的步骤之后，还包括如下步骤：

基牙牙位标记：在所述工作模的三维数据中形成所述基牙牙位的标记。